建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

徐霞

（貴州省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 貴州貴陽(yáng) 550001）

建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

徐霞

（貴州省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 貴州貴陽(yáng) 550001）

設(shè)計(jì)者在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，為提高建筑的抗震性能，應(yīng)該從建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中材料、工藝和地基結(jié)構(gòu)等層次出發(fā)，保證整體的建筑性能的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)薄弱環(huán)節(jié)的調(diào)整，確保抗震措施有效實(shí)施。

建筑工程；抗震結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)分析

引言

經(jīng)過(guò)多年來(lái)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中抗震設(shè)計(jì)的研究，我國(guó)的抗震設(shè)計(jì)方法已經(jīng)逐漸趨于成熟，但是還有許多需要完善的地方。要在嚴(yán)格按照建筑抗震規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，科學(xué)合理地進(jìn)行建筑抗震設(shè)計(jì)，保證建筑物的穩(wěn)定性和可靠性，促進(jìn)我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)向著高水平方向發(fā)展。

1 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

1.1 選擇建筑抗震場(chǎng)地的問(wèn)題

如果施工的條件相同，不同工程地質(zhì)條件下的建筑物在地震時(shí)會(huì)受到明顯不同的破壞程度。所以，選擇一個(gè)好的建筑場(chǎng)地是提高建筑物抗震性能的重要基礎(chǔ)，在場(chǎng)地選擇的過(guò)程中，要降低地震災(zāi)害，盡可能地避開(kāi)工程地質(zhì)不良的抗震場(chǎng)地（比如河岸、邊坡邊緣、高聳孤立的山丘、非巖質(zhì)陡坡、濕陷性黃土區(qū)域、液化土區(qū)域），選擇有利的建筑場(chǎng)地（比如中等風(fēng)化、微風(fēng)化的基巖，不含水的粘土層，密實(shí)的砂土層）。如果實(shí)在無(wú)法避開(kāi)不利區(qū)域的話，應(yīng)該在場(chǎng)地采取抗震加強(qiáng)措施，應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防類(lèi)別、濕陷性黃土等級(jí)、地基液化，來(lái)采取措施提高地基的剛度和整體穩(wěn)定性。比如，如果建筑地基的受力層范圍處在嚴(yán)重不均勻土層、軟弱粘性土層、新近填土?xí)r，要合理估計(jì)計(jì)算地基在地震時(shí)形成的不均勻沉降，從而采取加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的處理措施或者加固地基、樁基的措施來(lái)加強(qiáng)地基的承載力。

1.2 選取房屋結(jié)構(gòu)抗震機(jī)制的問(wèn)題

（1）房屋結(jié)構(gòu)機(jī)制應(yīng)有科學(xué)恰當(dāng)?shù)膹?qiáng)度與剛度，能夠有力地規(guī)避房屋結(jié)構(gòu)由于突然變化或者個(gè)別位置減弱構(gòu)成薄弱位置，引發(fā)太大的應(yīng)力聚集或者塑性產(chǎn)生變化聚集；對(duì)于或許形成的脆弱位置，應(yīng)采用提升抗震水平的手段。

（2）在房屋架構(gòu)機(jī)制中應(yīng)設(shè)計(jì)有科學(xué)的地震功能傳送通道與確定清楚的核算簡(jiǎn)圖。另外，設(shè)置縱向房屋構(gòu)件時(shí)，應(yīng)盡量保持在垂直重力負(fù)荷作用下縱向房屋構(gòu)件的壓應(yīng)力多少平均；設(shè)置樓層蓋梁機(jī)制時(shí)，盡量保證垂直重力負(fù)載能夠通過(guò)距離最小的途徑傳送到縱向構(gòu)件墻或者柱子上；設(shè)置轉(zhuǎn)換架構(gòu)機(jī)制時(shí)，盡量保證從上面架構(gòu)縱向構(gòu)件傳過(guò)來(lái)的垂直重力負(fù)載能夠通過(guò)轉(zhuǎn)換層完成再次轉(zhuǎn)換。

（3）在選取房屋架構(gòu)機(jī)制時(shí)，應(yīng)重視防止由于一些構(gòu)件或者架構(gòu)的損壞而讓總體房屋架構(gòu)失去對(duì)重力負(fù)載的承受性能與抗震性能。房屋架構(gòu)抗震設(shè)置的基本準(zhǔn)則是架構(gòu)應(yīng)該具備內(nèi)力再次分?jǐn)傋饔?、?yōu)秀的變形性能、一定的贅余度等。進(jìn)而在地震出現(xiàn)時(shí)，一些構(gòu)件即便出現(xiàn)問(wèn)題，其他構(gòu)件仍然可以承載縱向負(fù)載，提升房屋架構(gòu)的總體抗震穩(wěn)固性。

1.3 房屋架構(gòu)平面設(shè)置的規(guī)則性與對(duì)稱(chēng)性問(wèn)題

房屋的平面與立體的設(shè)置應(yīng)遵照抗震理論基本設(shè)置準(zhǔn)則，通常運(yùn)用規(guī)則的房屋架構(gòu)設(shè)置方案。依照房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)置規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)平面不規(guī)則或縱向不規(guī)則，或者兩者均不規(guī)則的房屋架構(gòu)，應(yīng)運(yùn)用空間架構(gòu)的核算模式；對(duì)樓板部分區(qū)域連接不暢或者表面凹凸不成規(guī)律時(shí)，應(yīng)運(yùn)用相對(duì)應(yīng)的貼合樓層強(qiáng)度剛度變動(dòng)的模型；脆弱位置應(yīng)當(dāng)注重相對(duì)應(yīng)的內(nèi)力加大系數(shù)，而且依照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)彈塑性形狀改變加以剖析，脆弱位置應(yīng)采用抗震構(gòu)造手段；盡量保證豎向構(gòu)件連續(xù)性、傳力途徑明確、上下樓層剛度均勻。

2 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)建筑主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)

建筑工程的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是否設(shè)計(jì)的科學(xué)，會(huì)跟建筑的質(zhì)量息息相關(guān)，相同結(jié)構(gòu)的單元應(yīng)當(dāng)設(shè)置在地基性質(zhì)相似的地面上，并且使用一樣的結(jié)構(gòu)，如果地基的位置出現(xiàn)了橡皮土、液化土和新填土等承載力不一的土層時(shí)，要通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚泶胧﹣?lái)增強(qiáng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的剛度，保證地基足夠的承載力。使用底框結(jié)構(gòu)不僅實(shí)用性強(qiáng)，而且具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，使用范圍相當(dāng)廣泛，但是，這種結(jié)構(gòu)體系下的剛度分布不均勻，存在頭重腳輕的可能，最終使得建筑物的整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻變形，嚴(yán)重者甚至?xí)?dǎo)致房屋部分開(kāi)裂，所以，不易在高設(shè)防烈度地區(qū)使用這種結(jié)構(gòu)，或者在具體設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)通過(guò)適當(dāng)措施確保上下部分具有一致均勻的剛度，真正有效提升抗震水平。

2.2 增加抗震防線

高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)是由多個(gè)延性分體系構(gòu)成的，并且各個(gè)延性構(gòu)件是相互協(xié)調(diào)連接的，如框剪力結(jié)構(gòu)就是結(jié)合了剪力墻與框架分體而構(gòu)成的多肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系，通常在大型地震出現(xiàn)后會(huì)發(fā)生余震，所以，若是只設(shè)置一道抗震防線，一旦該抗震防線受到余震的破壞，就會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷到高層主體結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重者甚至出現(xiàn)倒塌。設(shè)計(jì)人員必須認(rèn)真處理結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)防體系，并確保同一平面內(nèi)的主要構(gòu)件屈服，剩余抗側(cè)力部件處于彈性過(guò)程階段，提高主體結(jié)構(gòu)的有效屈服持續(xù)時(shí)間，保證主體結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的延性和抗側(cè)移能力。在進(jìn)行建筑的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)某一結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗側(cè)移值太大的現(xiàn)象，最終引起其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度不夠，所以在設(shè)計(jì)時(shí)必須適當(dāng)強(qiáng)化構(gòu)件的抗側(cè)移能力，必須反復(fù)權(quán)衡施工中的以大帶小與個(gè)別抗側(cè)力部件的配筋率提高等設(shè)計(jì)行為。

2.3 使用多種抗震計(jì)算方法

在進(jìn)行高層混凝土建筑設(shè)計(jì)時(shí)，必須正確計(jì)算抗震結(jié)構(gòu)的位移，定量的分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，將主體結(jié)構(gòu)的變形量控制在一定范圍中，確保發(fā)生一般的地震時(shí)不會(huì)出現(xiàn)變形。計(jì)算主體結(jié)構(gòu)的承載力時(shí)，要實(shí)時(shí)計(jì)算高烈度地震下結(jié)構(gòu)的層間位移角和延性位移，并根據(jù)建筑物構(gòu)件中位移與結(jié)構(gòu)的變形關(guān)系，最終獲得主要構(gòu)件的變形數(shù)值，再結(jié)合建筑截面的應(yīng)變情況，明確構(gòu)件的合理構(gòu)造要求，另外，還要確保建筑優(yōu)良的場(chǎng)地條件良好，盡量降低所輸入的地震能量，有效降低高層建筑的主體結(jié)構(gòu)的破壞程度。

2.4 抗震加固設(shè)計(jì)

在多數(shù)情況下，高層建筑都明確了設(shè)防抗震要求，所以，高層建筑不但要滿足一定的剛度和延性要求，還需滿足一定的強(qiáng)度要求，而鋼筋混凝土由于本身的自重比較大，特別是底層柱其軸力與建筑物高度是成正比的關(guān)系，而主要構(gòu)件對(duì)延性有一定的要求，往往以調(diào)整軸壓比的形式來(lái)增強(qiáng)構(gòu)件的延性，但是軸壓比不可太大，否則就會(huì)構(gòu)成結(jié)構(gòu)短柱，延性相當(dāng)有限，如果遇上高烈度的地震，易導(dǎo)致剪切破壞，最終會(huì)導(dǎo)致整體的倒塌，所以必須進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

2.4.1 選用螺旋復(fù)合箍筋

框架柱的抗剪能力應(yīng)該跟強(qiáng)剪弱彎與剪壓比相符合，柱子端部的抗彎能力必須滿足強(qiáng)柱弱梁限值的標(biāo)準(zhǔn)，而短柱在強(qiáng)柱弱梁與強(qiáng)剪弱彎時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致剪切性破壞，螺旋復(fù)合箍筋的突出優(yōu)點(diǎn)就是可以有效提高柱子的抗沖剪能力，提高短柱抗震性能。

2.4.2 選用分體柱

短柱的抗彎性能強(qiáng)于抗剪性能，所以，在實(shí)際地震中往往是抗彎能力還沒(méi)真正發(fā)揮作用就已出現(xiàn)了剪壞破壞，設(shè)計(jì)時(shí)需適當(dāng)減少短柱的抗彎能力，讓它跟抗剪強(qiáng)度相近，才不會(huì)讓短柱在地震中從一開(kāi)始就滿足抗彎的屈服強(qiáng)度。設(shè)計(jì)中常常使用減少抗彎強(qiáng)度的形式，即把柱子沿豎向設(shè)縫，并把它劃分成各個(gè)分體柱，分體柱的配筋可在柱肢間布置一定數(shù)量的連接鍵，真正增強(qiáng)構(gòu)件的剛度與抗震性能，常常使用通縫、分隔板和摩擦阻尼器等連接鍵。選用分體柱，雖說(shuō)不能增強(qiáng)柱子的抗剪性能，但是在降低了抗彎能力時(shí)就提高了柱子的抗變形能力，實(shí)現(xiàn)了短柱向長(zhǎng)柱的轉(zhuǎn)變，有效提高了短柱的抗震能力。

2.5 將位移考慮在內(nèi)，降低輸入地震能量

2.5.1 客觀看待位移問(wèn)題。

計(jì)算承載力是我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該重視這個(gè)計(jì)算，并采用彈性策略，系統(tǒng)性的分析和計(jì)算相關(guān)結(jié)構(gòu)力，保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全；而要有效減少水平方向的側(cè)移，可以減少建筑的自重，將橫向彎矩考慮在內(nèi)，在分析相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展深層次的設(shè)計(jì)，將多個(gè)方面的因素都考慮在內(nèi)。

2.5.2 降低地震的輸入能量

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)高層混凝土建筑的抗震性能提出了更高的要求，所以，在開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)考慮地震的預(yù)期作用，仔細(xì)預(yù)算、計(jì)算和分析變形問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視構(gòu)件承載力，還要計(jì)算地震時(shí)層間的位移側(cè)移與綜合位移之間的延性比等，保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和實(shí)用性。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)建筑施工技術(shù)在不斷發(fā)展進(jìn)步，建筑結(jié)構(gòu)形式也多種多樣，然而，抗震設(shè)計(jì)依然在建筑設(shè)計(jì)中占重要地位。我國(guó)地域廣闊，同時(shí)卻也是地震多發(fā)國(guó)家，在多次地震災(zāi)害血的教訓(xùn)下，人們的抗震意識(shí)增強(qiáng)，建房的施工質(zhì)量和抗震性能相比以前也有了很大的提高。

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TU352.1

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：1673-0038（2015）05-0024-02

2015-1-18